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激光粒度儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)詳解
發(fā)布日期：2020-07-23 瀏覽次數(shù)：3952
當(dāng)前，激光粒度儀在顆粒表征中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。測(cè)量對(duì)象涵蓋三種形態(tài)的顆粒體系：固體粉末、懸浮液（包括固液、氣液和液液等各類(lèi)二相流體）以及液體霧滴。應(yīng)用領(lǐng)域則包含了學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)，技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)和生產(chǎn)監(jiān)控部門(mén)。
經(jīng)典的激光粒度儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)由激光器、空間濾波器、準(zhǔn)直鏡、測(cè)量池、傅里葉透鏡和環(huán)形光電探測(cè)器這列組成。此外還有數(shù)據(jù)采集板和計(jì)算機(jī)。
從激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)空間濾波器后，變成一束發(fā)散但波前純凈的光束，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后，變成一束平行光，照射到測(cè)量池中的待測(cè)顆粒上，被顆粒散射。散射光透過(guò)測(cè)量池的玻璃，被傅里葉透鏡收集起來(lái)。在傅里葉透鏡的后焦面上，放置了一個(gè)環(huán)形探測(cè)器陣列。探測(cè)器陣列由數(shù)十個(gè)獨(dú)立的探測(cè)單元組成，每個(gè)單元都是一個(gè)環(huán)帶，所有環(huán)帶對(duì)應(yīng)于相同的圓心。環(huán)帶的平均半徑從圓心往外數(shù)呈指數(shù)式增長(zhǎng)，理想情況下環(huán)帶的有效探測(cè)面積與環(huán)帶的平均半徑成正比。環(huán)帶的共同圓心上開(kāi)了一個(gè)直徑約100微米的通孔（也有做成實(shí)心反射面的）。通孔的中心（也是環(huán)帶的圓心）位于光學(xué)系統(tǒng)的光軸上。通孔的后方斜置了一個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器，通常被稱(chēng)為“零環(huán)探測(cè)器”或“中心探測(cè)器”，而中心外的其他單元從里往外數(shù)分別稱(chēng)為1環(huán)、2環(huán)、3環(huán)，……。未經(jīng)散射的光被聚焦到中心孔內(nèi)，穿過(guò)探測(cè)器陣列平面，照射到零環(huán)探測(cè)器上。
傅里葉透鏡把相同散射角的光線(xiàn)聚焦到探測(cè)平面相同的半徑位置上，因此每個(gè)探測(cè)單元接收到的散射光代表一個(gè)確定的散射角范圍內(nèi)散射光能的總和。未被顆粒散射的光被聚焦到中心探測(cè)器上。該探測(cè)器根據(jù)測(cè)量池中放入被測(cè)顆粒前后接收到的光信號(hào)的相對(duì)變化（稱(chēng)為“遮光比或遮光度”），可以判斷待測(cè)顆粒在測(cè)量池中的濃度。顆粒濃度應(yīng)該控制在適合的范圍內(nèi)，以散射信號(hào)既有足夠高的信噪比，又不會(huì)發(fā)生復(fù)散射（即入射光只被顆粒散射一次）。其他探測(cè)單元用來(lái)接收散射。散射光被探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集板放大和A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)，然后傳輸給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)散射光能分布計(jì)算散射顆粒的粒度分布。這個(gè)計(jì)算過(guò)程是一個(gè)求解高階、病態(tài)的線(xiàn)性方程組的過(guò)程，行業(yè)中通常稱(chēng)為“反演過(guò)程”，具體的算法稱(chēng)為“反演算法”。計(jì)算機(jī)同時(shí)還擔(dān)負(fù)整個(gè)儀器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制任務(wù)。
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